tesis final calculo de recipientes a presion

“RECIPIENTES A PRESION” INTEGRANTES INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MEJIA RODRIGUEZ ALBERT GONZALO

MECANICA YELECTRICA

E.S.I.M.E. AZCAPOTZALCO REYES MADRIGAL CARLOS ALBERTO

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INDICE

Objetivo y justificación……………………………………………………………………...5

Introducción…………………………………………………………………………………6

CAPITULO 1 CODIGO ASME

Aspectos importantes para el usuario……………………………………………………......8

Código ASME sección VIII división 1………………………………………………….8

Limitaciones del código ASME……………………………………………………………..9

Clasificación de los recipientes……………………………………………………………...10

Eficiencia de soldadura e=1.00……………………………………………………………...11

CAPITULO II DISEÑO DE CUERPO Y TAPAS

Determinación del diseño optimo del recipiente…………………………………………...11

Determinación del casco cilíndrico dimensiones interiores…………………………..........12

Determinando el casco cilindro dimensiones exteriores…………………………………...15

Dimensiones de las cabezas………………………………………………………………..16

Formulas expresadas en función de las dimensiones exteriores del casco…………….......17

Calculos de factor A y B…………………………………………………………..…….…18

Calculo de anillos atiesadores……………………………………………………………...20

Calculo de los pesos del recipiente………………………...…………………………........23

CAPITULO III ANALISIS DE ESFUERZOS

Calculo de silletas esfuerzos longitudinales por flexión…………………………………...26

Esfuerzos de corte tangenciales…………………………………………………………....27

Analisis de silletas………………………………………………………………….............28

Diseño de silletas…………………………………………………………………………...31

Expansión y contracciones en recipientes horizontales……………………………………32

Dibujo de silletas…………………………………………………………………………...34

Orejas de izaje……………………………………………………………………………...35

Accesorios seleccionados para el recipiente……………………………………………….38

Dibujo representativo del recipiente……………………………………………………….39

Selección de bridas para boquillas…………………………………………………………40

Ancho efectivo del asentamiento del empaque………………………………………….…41

Tipos de bridas……………………………………………………………………………..43

Calculo de brida para registro de hombre………………………………………………….45

Calculo de boquillas registro de hombre…………………………………………………...48

Calculo de boquillas del Llenado ….……………………………………………………....48

Calculo de boquillas de coples…….……………………………………………………….50

CAPITULO IV SELECCIÓN DE ACCESORIOS

Accesorios manometro, termómetro……………………………………………………….51

Válvulas para el recipiente y el indicador de nivel………………………………….......…52

Coples………………………………………………………………………………………53

CAPITULO V SOLDADURA

Soldaduras en recipientes a presión……………………………………………………..…54

Por la norma uw-11 radiographic and ultrasonic examination and uw-12 joint

efficiencies……………………………………………………………………………........55

Simbolos basicos para la representación grafica de soldadura…………………….............57

Simbolos básicos de soldaduras de arco y gas……………………………………………..59



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Soldadura interior ………………..………………………………………………………...60

Union de placas por soldadura……………………………………………………………..61

Union de placas de acero al carbón………………………………………………………...62

Soldadura en orejas de izaje………………………………………………………………..63

Soldadura en las silletas…………………………………………………………………....64

CAPITULO V COSTOS

Costeo del recipiente………………………………………………………………………65

CAPITULO VI REVISION DE ESFUERZOS POR ELEMENTO FINITO

Calculos de algunas partes por elemento finito………………… ………………….……67

Recipiente Diseñado en Advance Pressure Vessel………………………………….…….70

Plano……………………………………………………………………………..………..75

Glosario………………………………………………………………………………...…..76

Definiciones………………………………………………………………………………..81

Bibliografía………………………………………………………………………………...82



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OBJETIVO Diseñar y calcular un recipiente a presión capaz de brindar eficiencia y seguridad en el almacenamiento de gas natural el cual tendrá una determinada presión, y temperatura. Se buscara que al fabricar este recipiente no solo tenga seguridad sino que también tenga una fabricación sencilla y de un costo accesible teniendo como prioridad calidad , durabilidad y sobre todo seguridad. Así también se buscara que el transporte de este gas tan utilizado en la industria se transporte con mayor facilidad, con las condiciones que se impondrán dentro del desarrollo de dicho recipiente y las normas de seguridad que se dictan en el código ASME sección VIII, teniendo como resultado un diseño de recipiente bastante aceptable. Como es un recipiente ya fabricado y muy conocido como lo es el recipiente a presión horizontal se le atribuirán mejoras en cuestión de diseño y efectividad, tomando en cuenta un aspecto importante lo cual es la durabilidad, seguridad etc.

JUSTIFICACIÓN

Existen varios tipos de recipientes a presión que se utilizan en las plantas industriales o de procesos. Algunos de estos tienen la finalidad de almacenar sustancias para algún proceso requerido. El manejo de fluidos es indispensable dentro de las actividades industriales así como dentro de algunas instituciones. La inestabilidad de algunos fluidos significa un problema para llevar a cabo procesos específicos algunos de los cuales tienen un alto de riesgo, por lo cual se necesita de estos recipientes para poder llevar acabo ciertos procesos teniendo la seguridad de que no se tendrá algún accidente en el uso de estos recipientes. Existen fluidos que por su naturaleza no pueden permanecer almacenados en cualquier recipiente, por lo que es necesario hacer un estudio de sus características físicas y químicas para así determinar por medio de cálculos y experimentaciones que tipo de recipiente es el mejor y así tener satisfecho al usuario.



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INTRODUCCIÓN. RECIPIENTES A PRESIÓN.

Son usados cuando la presión de vapor del líquido manejado puede determinar un diseño más resistente. Varios códigos han sido desarrollados o por medio de los esfuerzos del API y el ASME para gobernar el diseño de tales recipientes. Dentro de la industria existen numerosos tipos de procesos relacionados con el uso de fluidos diversos, por lo que es fundamental el poder almacenarlos para disponer de ellos cuando se requiera. Muchos de los fluidos que se requieren para algún procedimiento especifico tienen características físicas especificas, las cuales se deben contemplar cuando se les desea almacenar, por lo que cada fluido requiere un recipiente calculado y seleccionado con respecto a dichas características. Se requiere almacenar gas natural en un recipiente de presión, el recipiente debe ser capaz de almacenar 600ft3 de dicho fluido y mantenerlos a -61°F o -256°C como requisito para el proceso de presión que se le aplicara cual será de 100psi.

1 NECESIDADES DEL USUARIO 1.1 El recipiente debe ser el mas económico sin descuidar parámetros de calidad y eficiencia. 1.2 Todos los materiales requeridos para su fabricación (acero) deberán ser comercializados en el mercado nacional para evitar gastos de importación (USL).y cubrir todas las necesidades que el código ASME requiera. 1.3 El acero seleccionado y los materiales para la fabricación del recipiente estará bajo las condiciones que dictan el código ASME (American Society of Mechanical Engeniers) en su seccion VIII. 1.4 Se garantiza el buen funcionamiento del recipiente, considerando una durabilidad adecuada la cual nos disipe posibles accidentes. Todo es prevenido con el diseño y fabricación del recipiente basado en el código ASME. 1.5 Se debe almacenar 600ft3 sin ninguna dificultad. 1.6 El recipiente deberá soportar la presión a la cual se requiere que el fluido se encuentre



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1.7 Se hará un recipiente en el cual el usuario pueda disponer de el sin gran dificultad.

2 DETERMINACIÓN DE LIMITACIONES 2.1 Capacidad de almacenamiento restringido; el recipiente estará dispuesto a alojar solo la cantidad de volumen fijado 600ft3. 2.2 El recipiente permanecerá expuesto a la presión atmosférica, no será posible someterlo a presiones externas que varíen en gran cantidad. 2.3 La presión externa en el recipiente será 1 Atm. como máximo. 2.4 El diseño y fabricación del recipiente estará delimitado a las normas establecidas dentro del código ASME sección VIII referente a recipientes a presión. 2.5 Deterioro por exceso de uso o mal uso, por lo cual estará delimitado a ciertas condiciones. 2.6 Algunos materiales más resistentes solo son materiales de importación lo cual nos lleva a ocupar materiales del mercado nacional.

3 DETERMINACION DE FUNCIONES 3.1 La función que tienen los recipientes a presión es almacenar fluidos a determinada presión y temperatura necesaria, según los requerimientos del proceso a desarrollar. 3.2 Con esto se pretende que los recipientes a presión que se van a construir tendrán una eficiencia alta, para los requerimientos específicos necesarios para el proceso que vamos a requerir. 3.3 Al conservar fluidos dentro del recipiente a presión se tendrán sus respectivas válvulas de entrada y válvulas de salida, con una presión de salida correspondiente al fluido que se tendrá dentro, ya que se tendrá que tomar sus precauciones para el fluido y las limitaciones de operación que establezca el fluido. 3.4 Podrá tener una determinada presión a cierta temperatura sin tener que preocuparse por el aspecto de seguridad. Ya que el código ASME sección VIII Div 1 nos da un factor de seguridad. 3.5 Se realizara un diseño el cual sea factible para realizarle mantenimiento, cuando asi lo requiera para que su vida útil sea mayor.



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3.6 Como aspecto importante se brindara un buen recipiente el cual cumpla con las condiciones estándar de la industria como lo son presión y temperatura.

CODIGO ASME SECCION VIII DIVISION 1

En esta parte del código se establecen los requerimientos mínimos para el diseño, fabricación e inspección y para obtener la certificación autorizada de la ASME para los recipientes a presión.

En base a esto se ha dividido en:

Subsección A. Parte UG que cubre los requerimientos generales.

Subsección B. Requerimientos de fabricación

Parte UW.- Para recipientes que serán fabricados por soldadura.

Parte UF.- Para recipientes que serán fabricados por forjado

Parte UB.- Para recipientes que serán fabricados utilizando un material de relleno no ferroso a este proceso se le denomina "brazing"

Subsección C. Requerimientos de materiales

Parte UCS.- Para recipientes construidos con acero al carbón y de baja aleación.

Parte UNF.- Para los construidos con materiales no ferrosos.

Parte UCI.- Para los construidos con fierro fundido.

Parte UCL.- Para los construidos con una placa "clad" integral o con recubrimiento tipo "lining".

Parte UCD.- Para los construidos con fierro fundido dúctil.

Parte UNT.- Para los construidos con aceros ferriticos con propiedades de tensión mejoradas por tratamiento térmico.

Parte ULW.- Para los fabricados por el método de multicanas.

Parte ULT.- Para los construidos con materiales con esfuerzos permisibles mas altos a bajas temperaturas.

CLASIFICACIÓN DE LOS RECIPIENTES

http://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/elproces/elproces.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE



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LIMITACIONES DE LA DIVISIÓN 1

La presión deberá ser menor a 3000 psi.

Calentadores tubulares sujetos a fuego.

Recipientes a presión que son parte integral de componentes de sistemas de tubería

Sistemas de tuberías.

Componentes de tubería.

Recipientes para menos de 454.3 litros (120 galones) de capacidad de agua, que utilizan aire como elemento originador de presión.

Tanques que suministran agua caliente bajo las siguientes características:

Suministro de calor no mayor de 58,600 W (200,000 Btu/h)

Temperatura del agua de 99° c (210°F)

Capacidad de 454.3 lt (120 galones)

Recipientes sujetos a presión interna o externa menor de 1.0055 Kg./cm² (15psi)

Recipientes que no excedan de 15.2 cm (6 pulg) de diámetro.

LIMITACIONES DE ACUERDO AL CONSUMIDOR

El adquirente de un recipiente debe informar al fabricante sus requisitos minimos de fabricacion tipo y características del fluido, capacidad volumétrica, forma de sustentación, limitaciones dimensionales de emplazamiento y cualquier otra característica particular que deba ser considerada para el buen diseño del mismo.

Todas las características propias para el diseño de los recipientes a presión son obtenidas de fuentes alternativas previamente estudiadas, como son manuales de materiales de diseño, empresas encargadas a la comercialización de dicho gas, manual de eficiencias de soldaduras, etc., básicamente todas las propiedades están sustentadas en base a la norma del Codigo ASME sección VIII, división I.

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml


http://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml




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Para el diseño se realiza un análisis detallado del gas NATURAL y se determinan las siguientes limitaciones junto con las características necesarias para que el recipiente trabaje eficientemente. Las cuales se presentan a continuación:

Presion de diseño 130Psi Presión de operación 100 Psi. Temperatura de trabajo 321.8° F (161° C). Temperatura de Diseño 321.8° F (161°C)

Densidad del fluido (en estado líquido) 0.60 3m

kg.

Volumen del recipiente 600 3ft .

Margen de corrosión de 1/16 pulgadas (1.5875 mm.) Tipo de material a utilizar según Codigo ASME Seccion VIII y en base al tipo de fluido contendrá se determina el siguiente material Acero SA-283 Gr C

Esfuerzo ultimo del material Sy = 15700 Psi. Temperatura de operación del material -20 a 650° F.

Eficiencia de soldadura en base a la experiencia de los fabricantes de recipientes, E = 1 CUERPO , 0.85 PARA TAPAS. Limite elastico minimo 30Ksi Esfuerzo Ultimo a la tension 55 a 75 ksi

CORROSION

Las normas no prescriben la magnitud del margen por corrosión excepto para recipientes con espesor mínimo requerido menor de 0.25 Plg. que han de utilizarse para servicio de vapor de agua, agua o aire comprimido, para los cuales indica un margen por corrosión no menor de la sexta parte del espesor de placa calculado. No es necesario que la suma del espesor calculado mas el margen de corrosión exceda de ¼ de Plg. (Norma UCS-25).

Para otros recipientes en los que sea predecible el desgaste por corrosión, la vida esperada del recipiente será la que determine el margen y si el efecto de la corrosión es indeterminado , el margen lo definirá el diseñador. Un desgaste por corrosión de 5 milesimas de plg por año (1/16 de plg en 12 años) generalmente es satisfactorio para recipientes y tuberías.

La vida deseada de un recipiente es una cuestión económica. Los recipientes principales o mayores se diseñan generalmente para una vida larga de servicio (15 a 20 años) , mientras que los secundarios o menores para periodos mas cortos ( 8 a 10 años).

No necesita aplicarse el mismo margen por corrosión a todas las partes del recipiente si se esperan diferentes grados de ataque para distintas partes( Normas UG-25).



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EFICIENCIA DE SOLDADURA EN BASE A EXPERIENCIA DE LOS FABRICANTES DE

RECIPIENTES E=1.00 EN CUERPO Y 0.85 EN TAPAS

La selección de la eficiencia de la unión cuando la junta esta radiografiada

Tipo de unión norma UW-12 al 100% en cuerpo y 85% en las tapas ya que será por puntos.



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PRESIÓN DE DISEÑO (P)

Es el valor que debe utilizarse en las ecuaciones para el cálculo de las partes constitutivas de los recipientes sometidos a presión, dicho valor será el siguiente:

Si Po > 300 lb/pulg2. Si Po 300 lb/pulg2.

P = 1.1. Po. P = Po + 30 lb/pulg2.

Donde P es la presión de diseño, y Po es la presión de operación. Al determinar la presión de diseño (P), debe tomarse en consideración la presión hidrostática debida a la columna del fluido que estemos manejando, si éste es líquido sobre todo en recipientes cilíndricos verticales.

PRESION DE DISEÑO

La presión de diseño es de 130 psi La presión de operación es de 100 psi

DISEÑO ÓPTIMO DEL RECIPIENTE

Para la construcción de un recipiente de una cierta capacidad con el mínimo material, la longitud del diámetro en relación con la longitud horizontal del mismo, se recurre al diseño óptimo del recipiente. Para encontrar el diámetro óptimo del recipiente se sigue el siguiente proceso:

CALCULAR EL VALOR DE F:

CSE

PF

DONDE:

P = presión de diseño (psi)

C = corrosión máxima permitida (pulgadas)

S = valor del esfuerzo del material (psi)

E = eficiencia de soldadura



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En base a las propiedades del fluido a almacenar y el tipo de material utilizado se procede al cálculo del valor de F:

1637.0

13*7.15lg16

1

130

psiepu

psiF

S = valor del esfuerzo del material (psi)

El esfuerzo lo encontramos en la tabla que se encuentra abajo dada la temperatura de diseño que no excede de °F:



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Una vez determinado el valor de F se recurre a la tabla adjunta para el diseño óptimo del recipiente, en función del volumen del recipiente y el valor de F se determina el diámetro óptimo del recipiente.

Se recorre de manera horizontal el valor del volumen del recipiente hasta encontrar la línea que representa el valor de F una vez realizado esto, en la intersección se recorre de manera vertical para determinar el diámetro óptimo del recipiente:

Donde inpiesDF 60558.4

De la tabla que se encuentra en la parte de abajo se determina el valor del Diámetro

conforme el valor encontrado que es (F=0.1637) y un volumen del recipiente de 600 3ft

TABLA PARA DETERMINAR EL DISEÑO ÓPTIMO DEL RECIPIENTE

Una vez calculado el diámetro óptimo se prosigue a calcular el valor de la longitud del recipiente.

2

4

D

VL

V

O

L

U

M

E

N

D

E

L

R

E

C

I

P

I

E

N

T

E



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Donde:

L = longitud del recipiente (pies)

V = volumen del recipiente ( 3pies )

D = diámetro óptimo (pies)

Calcular la longitud del recipiente:

mtsinpiespies

pies

D

VL 314.99.366557.30

51416.3

60044

2

3

2

adaspusL

adaspupiesD

lg9.366557.30

lg605



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El procedimiento para verificar el espesor del cilindro de un recipiente a presión externa

es el siguiente:

1.- Suponemos un valor de “t” y calculamos las relaciones L/Do y Do/t.

Cuando hayamos calculado un recipiente para soportar presión interna y tengamos un

valor de “t”, usaremos este mismo valor para obtener la relación antes mencionada.

2.- Con el valor de L/Do entramos a la gráfica mostrada en la Figura (Que se

encuentra en la parte de abajo), si L/Do es mayor que 50, entramos con este valor.

Así mismo, si L/Do es menor que 0.5, usaremos este valor para entrar a la gráfica.

3.- A la altura del valor L/Do, nos movemos horizontalmente hacia la derecha hasta

encontrar la línea representativa del valor Do/t, de esta intersección, nos moveremos

verticalmente hacia abajo y determinaremos el valor del factor “A”.

4.- Entramos en la gráfica aplicable en las figuras (de la parte de abajo)para el

material utilizado con el valor del factor “A”. Hasta la línea representativa de la

temperatura de diseño, desde esta intersección nos movemos horizontalmente hacia la

derecha y leemos el valor de “B”.

5.- Con el valor de “B”, calculamos la máxima presión exterior de trabajo permitida

por medio de la ecuación:

Si el valor de “A” estubiera a la izquierda de la línea de temperatura indicada en el

punto No. 4, el valor de la máxima presión exterior de trabajo permisible será calculada

por medio de la ecuación:



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TOMANDO ENCUENTA

Para h=profundidad interior de

alabeamiento

R=radio interior corona de las

cabezas ASME

L(r)=radio interior del

alabeamiento(Radios de Nudillos)

M=factor que se utiliza en las

formulas para presión interna

60 Plg

1/2 Plg

1/2 Plg

1 1/2 Plg 54.27Plg

10.362 Plg

15 Plg



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LA SELECION ESTA DADA EN COLOR

CON UN FACTOR ENCONTRADO DE

A=1.7e-3

ESTE VALOR SERVIRA PARA EL CALCULO DE NUESTRO CUERPO POR PRESION

EXTERNA Y ASI ENTRAR A LA TABLA PARA PODER ENCONTRAR EL FACTOR B



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EN ESTA GRAFICA ENCONTRAREMOS EL FACTOR B PARA EL CALCULO

POR PRESION EXTERNA TANTO DEL CUERPO COMO DE LAS TAPAS

SEMIELIPTICAS REL 2:1

B = 2800 PARA CUERPO

B = 1300 PARA TAPAS



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CÁLCULO DE LOS ANILLOS ATIESADORES

Hasta ahora hemos hablado de los anillos atiesadores sin profundizar en ellos. A

continuación, describiremos el procedimiento para calcular este tipo de anillos.



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1.- Seleccione el tipo de anillo atiesador más económico y calcule sus áreas As.

2.- Suponga un número de anillos y distribúyalos uniformemente entre la sección

enchaquetada, la unión cono-cilindro, o la distancia entre las líneas de tangencia más un

tercio de la flecha de cada tapa y determine el valor de L.

3.- Calcule el momento de inercia del anillo propuesto (Is’) combinado con la

sección del cuerpo, sin incluir la sección del cuerpo (Is).

4.- El momento de inercia requerido en el anillo atiesador no deberá ser menor que

el determinado por una de las siguientes ecuaciones:

Donde As es el área transversal del anillo propuesto.

El valor de “A” deberá ser calculado por el siguiente procedimiento:

I.- Calcule el factor “B” usando la ecuación:

II.- Entre a la gráfica correspondiente al material utilizado en las Figuras y con el

valor de “B” y muévase horizontalmente hasta la curva representativa de la temperatura

de diseño.

III.- Desde esta intersección muévase verticalmente hacia abajo y lea el valor de

“A”. Cuando el valor de “B” resulte menor a 2,500, “A” debe calcularse por la ecuación:

IV.- Calcule el momento de inercia requerido con las ecuaciones anteriormente

mostradas.



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Si el momento de inercia del anillo, o de la combinación del anillo con la sección del

cuerpo es mayor que el momento de inercia requerido, el atiesamiento del cuerpo es

adecuado, en caso contrario, debemos proponer un anillo atiesador con un momento de

inercia mayor, o debemos incrementar el número de anillos para disminuir el valor de L.



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Como se puede observar, el mayor peso del equipo se obtiene cuando se llena del producto a utilizarse

, por lo que este será el valor que se utilizara en el diseño de las silletas.

Con este valor se tiene:

Análisis de esfuerzos.

Se determinan los valores de . A , H , b y Ѳ

A = 0.2D ≤ A ≤ 0.2 L→ A = Distancia optima para colocar las silletas .

A = 40 PLg

H = D /4 = 60” /4 = 15” → H = Altura de la cabeza.

B= 10 , este valor se obtiene de la tabla para soportes para recipientes horizontales.

Con el valor del diámetro de 60” y el peso máximo que soporta en la silleta .

ø = 120”



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CALCULO DE SILLETAS

ESFUERZOS LONGITUDINALES POR FLEXIÓN

1.- El máximo esfuerzo longitudinal S1 puede ser de tensión o compresión.

2.- Cuando se calcule el esfuerzo a la tensión, en la ecuación de S1, debemos usar el

valor de K1 en vez del factor K.

3.- Cuando se calcule el esfuerzo a compresión en la ecuación de S1, debemos

usar el valor de K8 en vez del factor K.

4.- Cuando se usen anillos atiesadores en el cuerpo, el valor de K será igual a 3.14

en la ecuación para S1.

5.- Cuando la relación t/R sea mayor o igual a 0.005 en un recipiente de

acero, el esfuerzo de compresión no se deberá tomar en consideración y el

recipiente será diseñado para trabajar solamente a presión interna.

6.- Si el valor del esfuerzo máximo permisible es excedido por el valor de S1,

se deberán usar anillos atiesadores en el cilindro del recipiente.

2.4.3.2. ESFUERZOS DE CORTE TANGENCIALES

1.- Si se utilizan placas de respaldo en las silletas, el valor de la suma del espesor del

cuerpo más el espesor de la placa de respaldo, deberá ser utilizado como ts, en las

ecuaciones para calcular S2, haciendo que la placa de respaldo se proyecte R/10 sobre el

extremo de la silleta y hacia los lados de la misma.

2.- En recipientes sin anillos atiesadores, el máximo esfuerzo cortante se

presenta en la parte superior de las silletas. Cuando la tapa es usada como anillo

atiesador, colocando las silletas cerca de las tapas, el esfuerzo de corte tangencial

puede causar un esfuerzo adicional en las tapas (S3). Este esfuerzo debe

considerarse sumándolo al causado por la presión interna en las tapas.

3.- Cuando se usan anillos atiesadores, el máximo esfuerzo cortante se presenta en la

parte central del recipiente.



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VALORES DEL FACTOR K PARA CALCULO DE ESFUERZOS PARA SILLETAS



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En las Figuras que se encuentra en la parte de arriba respectivamente, se muestran los

valores de K1 a K8, a continuación se tabulan los valores de K9 y K10, en los cuales se

deberán hacer interpolaciones para valores intermedios.

ÁNGULO DE

CONTACTO 120° 130° 140° 150° 160° 170° 180°

K9 0.34 0.33 0.32 0.30 0.29 0.27 0.25

K10 0.053 0.045 0.037 0.032 0.026 0.022 0.017

A continuación, haremos algunas consideraciones que se deberán tomar en cuenta

al usar las ecuaciones mostradas en la Figura de la parte de abajo.

1.- En las Figuras y ecuaciones de la “A” a la “F”, los signos positivos indican

esfuerzos a tensión, y los negativos nos dicen que el elemento en estudio trabaja a

compresión.

2.- La primera parte de la ecuación para obtener S6, nos da directamente el valor del

esfuerzo y la segunda da el esfuerzo, circunferencial por flexión.

3.- Si el esfuerzo gobernante es el de tensión, se le agregará el esfuerzo debido a la

presión interna Pr/ts.

Cabe hacer notar que los valores de “B” obtenidos por medio de las gráficas donde se localiza el facto ”B” dado el factor “A” representan los valores del esfuerzo a compresión de los materiales, los cuales como puede observarse, dependen además del material de que se trate y de su forma.

Finalmente, para determinar el cálculo de las silletas, es necesario definir el espesor

de las mismas. En los cálculo de diseño de las silletas se muestra el formato para

calcular este espesor. Anteriormente, hemos enunciado la forma de llevar a cabo los

cálculos necesarios para diseñar silletas y anillos atiesadores en recipientes a presión

cilíndricos horizontales, sin embargo, cuando las dimensiones de nuestro recipiente son

relativamente pequeñas, podemos usar las dimensiones para silletas.



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Estas dimensiones son por norma, y son las que usaremos aproximadamente ya que nuestras silletas varian un poco por el diseño de nuestro tanque pero siempre estando dentro de esta norma. Mas adelante se mostrara en el plano de detalles del recipiente.



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IND

ICA

DO

R

Rango de M

edición: Max. 19.7 ft.

Conexión: 3/4" N

PT, 2"-4" A

NS

I

Material: A

cero Inoxidable, PV

C, P

PH

, PTFE

Max. P

resión: 290 PS

IG

Max. Tem

peratura:350°F

Precisión: 0.4-0.8"

Salida: R

esistencia, 4-20 mA

Válvula de seguridad para tanque estacionario

Apertura válvula de seguridad1.7 M

Pa 250 P

sig

Conexión de entrada a cilindro58 m

3/min 2060

CFM

Conexión de entrada 34 " N

PT M

edida del

hexágono de apriete1 3/4"V

álvula de llenado para tanque (CA

N

LOC

K)D

escripción Conexión de entrada a

cilindro 3" NP

T Conexión de acoplam

ientoAC

ME

1 3/4"-6Medida del H

exagono para apriete1 7/8"

Válvula de drenado para tanque estacionario con

control de exceso de flujo DescripciónC

onexión

de entrada a cilindro 3/4" NP

T Conexión de

acoplamiento 3/4" N

PTM

edida del Hexagono

para apriete1 3/8"

3/4 MAN

OM

ETRO

3/4" DE S

EGU

RID

AD

3/4" TERM

OM

ETRO

3/4 DREN



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SELECCIÓN DE BRIDAS PARA BOQUILLAS

Se recomienda que las boquillas de 1-1/4” de diámetro y menores sean instaladas por

medio de coples roscados de 3,000 y 6,000 libras/pulgada2. Las boquillas de 1 - 1/2” y

mayores deberán ser bridadas.

De acuerdo a la forma de unir las bridas a los cuellos de las boquillas, existen los

siguientes tipos de bridas:

1.- Brida de cuello soldable. (Welding Neck).

2.- Brida deslizable (Slip-On).

3.- Brida de traslape (lap-Joint).

TUBOS DE CÉDULA

Especificación SA-106-B SA-53 SA-333-1

Composición nominal C-Si C-Si C-Si

Esfuerzo de cedencia en KPSI 30 30 30

Esfuerzo último en PKSI 48 48 55

Esfuerzo de diseño en KPSI 15 15 13.7

(de - 20 a 650ºF)



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(1) (2)

t d C P S E/ Ó t d C P S E W hg S E d( / ) . /19 3

Las ecuaciones anteriores serán usadas con las siguientes restricciones:

1.- La tapa deberá ser ciega, es decir, no deberá tener aberturas ni boquillas.

2.- Deberá ser circular.

3.- Deberá ser fabricada con alguno de los materiales ferrosos listados en las normas

ANSI B-16.5.

4.- Deberá estar entre los rangos de presión y temperatura mostrados en la tabla B-

16.5 de las normas ANSI.

5.- El espesor obtenido, de la ecuación correspondiente, deberá

considerarse como mínimo y deberá agregarse la tolerancia por corrosión si

existiera.

6.- La ecuación (2) se usará para calcular bridas ciegas atornilladas, de acuerdo con

los detalles “E” y “F” de la figura No. 4, y se deberán considerar independientemente

las condiciones de operación y las condiciones de sello de empaque, usando la mayor de

ellas.

Para las condiciones de operación, el valor de “P” será dado por la presión de

diseño, el valor de “S” se tomará a la temperatura de diseño y el valor de “W” será el

que resulte mayor de:

Wm1 = 0.785 G2P + 2b ( ) Gm P ó Wm2 = ( ) b Gy

Para las condiciones de sello del empaque, se tomará P = 0, el valor de “S” a la

temperatura ambiente y “W será:



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CÁLCULO DE LA BRIDA PARA EL REGISTRO DE HOMBRE

SE PONDRA UNA BRIDA DE LINEA SLIP-ONN

"4

11

625.29

20

"32

"24

"25.24)1)(25(.24int

barrenos

barrenoscirculo

barrenosN

ext

nomdiametro

erior

Ancho del empaque

"875.32

25.2432N

Empaque de asbesto m=2 ; y=1600

6.02

4531.1

"4531.1)875.3(8

3

bo

bo

Localización de cara de reacción

"125.282

25.2432G



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50

lbWmW

lbWm

lbWm

Wm

07.917731

06.82184)25.27)(6.0)(1600(2

07.917731

)130(2)25.27()6.0()130()25.27)(785.0(1 2

Tornillos SA-193

Sa=sB=25ksi

lbsaAbAm

W

corrosioncont

corrosiont

t

inhg

ine

Am

5.295412)2500(2

)38.1967.3()(

2

"5134.10625.04509.1

sin"4509.1

)25.27)(15700(

)1875.1)(07.91773(9.1

15700

130)3.0(25.27

1875.12

25.27625.29

67.3325

07.917731

2

2



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51

"966.0"51.1

"966.00625.0903.0

sin"903.0)5.27)(25000(

)1)(5.295412(9.15.27

3

t

t

corrosiont



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Para los accesorios, utilizados en el recipiente:

Manómetro Marca De Wit

Exactitud: +/- 2% del total de la escala Elemento: Tubo bourdon de Bronce Conexión: Bronce 3/4” N.P.T. Inferior o Posterior al centro Mecanismo: Bronce Caja: Lámina de acero esmaltado negro

Bisel: A presión de lámina de acero esmaltado negro Ventana: Acrílico Carátula: Aluminio fondo blanco, números negros Aguja: Aluminio esmaltado negro Tamaños: ø 40 mm (1 1/2”) Rangos: Doble escala, kg/cm2 + psi max. 0 – 160 psi.

Termómetro Marca De Wit

Exactitud:+/- 1% del total de la escala. Elemento: Espiral de acero actuado por tensión de gas Conexión: con compensador de temperatura ambiental. Mecanismo: Acero inoxidable AISI 304. Caja: Acero inoxidable AISI 304. Bisel: Cristal inastillable. Ventana: Aluminio fondo blanco, números negros. Aguja: Aluminio esmaltado negro con micro ajuste. Bulbos: Acero, bronce, acero inoxidable de 100 mm hasta 1000 mm (ver guía de selección) Fluidos: Glicerina (agregar “V” después del modelo) Tamaños: ø 63 mm (3/4”), ø 100 mm (4”), ø 160 mm (6”) y ø 250 mm (10”) Rangos: -200ºC hasta +600ºC

Válvula de llenado Marca Nacobre

Modelo TE-2

Válvula de llenado para tanque estacionario Descripción

Conexión de entrada a cilindro 1 1/4"-11.5 NPT

Conexión de acoplamiento ACME 1 3/4"-6

Medida del hexágono para apriete 3”



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Válvula de seguridad Marca Nacobre

Modelo TE-1

Válvula de seguridad para tanque estacionario Descripción

Apertura válvula de seguridad 1.7 MPa 250 Psig

Conexión de entrada a cilindro 58 m3/min 2060

CFM Conexión de entrada 3/4 14 NPT

Medida del hexágono de apriete 3/4"

Válvula de drene Marca Nacobre

Modelo TE-4

Válvula de drenado para tanque estacionario con control de exceso de flujo Descripción

Conexión de entrada a cilindro 3/4" 14 NPT

Conexión de acoplamiento 3/4" 14 NPT

Medida del hexagono para apriete 1 3/8"



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Indicador de Nivel

Rango de Medición: Max. 19.7 ft.

Conexión: 3/4"=2" NPT, 2"-4" ANSI

Material: Acero Inoxidable, PVC, PPH, PTFE

Max. Presión: 290 PSIG

Max. Temperatura:350°F

Precisión: 0.4-0.8"

Salida: Resistencia, 4-20 mA

Se utilizarán coples marca NACOBRE para los accesorios con diámetro nominal

(de roscado) menores a 1- ¼” . En este caso dichos accesorios no requieren cálculo

de boquilla.

Los accesorios y coples se presentan en la tabla adjunta al dibujo del recipiente.

COPLE SA-105

Manómetro

3/4

Valvula de seguridad

3/4

Termometro

3/4



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SOLDADURA EN RECIPIENTES A PRESIÓN

El procedimiento más utilizado actualmente en la fabricación de recipientes a presión

es el de soldadura, el cual eliminó el sistema de remachado que se usó hasta hace

algunos años.

En las Figuras, se muestran algunos detalles para la preparación del material y

aplicación de soldaduras que se utilizan actualmente.

Todas las soldaduras serán aplicadas mediante el proceso de arco eléctrico

sumergido, el cual puede ser manual o automático, En cualquiera de los dos casos,

deberá tener penetración completa y se deberá eliminar la escoria dejada por un cordón

de soldadura, antes de aplicar el siguiente.

Con el fin de verificar si una soldadura ha sido bien aplicada se utilizan varias

formas de inspección, entre ellas está el de radiografiado, la prueba de líquidos

penetrantes y algunas veces se utiliza el ultrasonido.

La prueba más comúnmente utilizada es el radiografiado, éste puede ser total o por

puntos. Cuando practicamos el radiografiado por puntos en recipientes a presión,

debemos tomar por lo menos, una radiografía por cada 15 metros de soldadura y la

longitud de cada radiografía será de 15 centímetros como mínimo.

La eficiencia de las soldaduras está mostrada en el inicio del proyecto, en ella se dan los

diferentes valores de la eficiencia (E) que debemos usar en los cálculos de acuerdo con

el tipo de unión.

Antes de aplicar cualquier soldadura, en recipientes a presión, debemos preparar un

Procedimiento de Soldadura para cada caso en particular, el cual nos indica la

preparación, diámetro del electrodo, etc., para cada tipo y espesor de material.

Debemos también hacer pruebas a los soldadores para asegurarnos que la soldadura será

aplicada por personal debidamente calificado. Estas pruebas y procedimientos deberán

apegarse estrictamente a las recomendaciones hechas por el Código A.S.M.E., Sección

IX "Welding and Brazing Qualifications."



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59

El material de aporte, de la soldadura, deberá ser compatible con el material base a

soldar. Los electrodos más comúnmente utilizados para soldar recipientes a presión de

acero al carbón, son el 6010 y el 7018.

Cuando aplicamos soldadura en recipientes a presión de acero inoxidable, es

necesario utilizar gas inerte y se recomienda pasivar las soldaduras con una solución a

base de ácido nítrico y ácido clorhidrico.

Debemos tratar de evitar los cruces de dos o más cordones de soldadura. La

distancia mínima entre dos cordones paralelos será de 5 veces el espesor de la placa, sin

embargo, cuando sea inevitable el cruce de dos cordones, el Código A.S.M.E., Sección

VIII División 1, nos recomienda radiografiar una distancia mínima de 102 milímetros a

cada lado de la intersección.

Se recomienda no aplicar soldadura a un recipiente a presión después de haber sido relevado de

esfuerzos.

Por la Norma UW-11 RADIOGRAPHIC AND ULTRASONIC EXAMINATION AND UW-12 JOINT EFFICIENCIES

SOLDABILIDAD.

Los materiales usados para fabricar recipientes a presión, deben tener buenas

propiedades de soldabilidad, dado que la mayoría de sus componentes son de

construcción soldada. Para el caso en que se tengan que soldar materiales diferentes

entre sí, éstos deberán ser compatibles en lo que a soldabilidad se refiere. Un material,

cuantos más elementos de aleación contenga, mayores precauciones deberán tomarse

durante los procedimientos de soldadura, de tal manera que se conserven las

características que proporcionan los elementos de aleación.



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COSTOS DEL MATERIAL

MATERIAL Tamaño Especificacion Cantidad $/unidad Total

Placas del cuerpo y tapas 72”X 240” SA-283-Gr C 4 11.16KG $98,766

Cople del manometro ¾”

SA-105 1 $25 $25

Cople de seguridad y drenado

¾” SA-105

2 $25 $50

Tubo Ced 10s 4” Diam. SA-53 B 1 $250 $250

Brida S.O.R.F. 150 PSI 4" Std

SA-105 1

$250 $250

Brida Ciega 150 PSI 4" Std SA-105 1 $250 $250

Empaque 271/4”D.E X25.1/4” D.I. NEOPRENO 1 $350 $350

Empaque 6 3/16” D.E. X 4.57 “

D.I. NEOPRENO 1 $300 $300

Tubo Ced 20 24” SA-53 B

1 $450 $450

Bridas S.O.R.F.150 PSI 24" SA-105 1 $350 $350

Brida Ciega 150 PSI 24" SA-106 1 $350 $350

Valvula de seguridad ¾ NPT SA-105 1

$550 $550

CAN-LOCK MACHO 3" Diam. SA-105 1 $450 $450

Valvula de Drene 3/4" NPT

316 SS Gr CF8M 1 $420 $420

Manometro 3/4 NPT Wit, 0-160psi 1

$630 $630

Termometro 3/4" NPT Wit, -200°C a 600°C

1 $700 $700

Indicador de nivel 3/4" NPT Acero inoxidable 1 $1,500 $1,500

Cople del Termometro ¾” SA-105 1 $25 $25

Tornillos Cab Hex. 1 1/4" SA-197 Gr B 20 $15 $300

Tuercas 1 1/4" SA-194 2H 20 $7 $140

Tornillos Cab Hex. 5/8 " SA-197 Gr B 4 $7 $28

Tuercas 5/8" SA-194 2H 4 $5 $20

tornillos tornilleria fina 25 $18 $450

$106,629



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COSTOS COMPLEMENTARIOS

COSTOS DE ELEMENTOS

Soldadura (7018) 30 Kg. $ 6000 $ 6000

PRIMER UNIVERSAL 20 lt. $ 2000 $ 2000

Cejado y Abombado de discos para Tapas 2 $4300 $8600

Radiografiado 1 $5000 $5000

COSTOS DE MANO DE OBRA COSTO QUINCENAL

Obreros 4 $ 2500 $ 20,000

Ingenieros 2 $ 6000 $ 24000

Renta del equipo y la planta 2 $ 15000 $ 30000

Prueba Radiograficas e Hidrostaticas $ 8000 $ 8000

Transportación 1 $ 3,500 $ 3,500

Otros $10000

TOTAL DE COSTOS $ 223729

121,554 x 30% = 36466.2

COSTO TOTAL TOMANDO 30% DE TOTAL DE COSTOS 223729 + 65618.7 = $290847.7



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ANALISIS POR ELEMENTO FINITO.

OREJAS



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PLACA DEL RECIPIENTE.



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ANALISIS DEL CUERPO



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74

RECIPIENTE A PRESION GENERADO EN ADVANCE PRESSURE VESSEL

Se muestra el tanque ya montado en las silletas y las soldaduras.

Se ve también el registro de hombre asi como el anillo de atiesamiento que se puso para

Soportar por presión externa.



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75

Aquí se ve claramente en color verde tanto las silletas con sus 2 cartabones intermedios y su placa de

refuerzo, como el registro de hombre de 24” Slip-Onn estándar igual con su placa de refuerzo esta para aguantar

las grandes presiones que provoca el haberle quitado el area de la boquilla y no genere una concetracion de

esfuerzos.



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Con el programa Advance Pressure Vessel se puede analizar y mallar lo que es el tanque para ver una real

distribución tanto de las placas para el cuerpo, las tapas y las silletas.



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60 Plg

1/2 Plg

1/2 Plg

1 1/2 Plg54.27Plg10.362 Plg

15 Plg

A.G

.M.R

C.R

.M

TOR

ISPH

ERIC

AL HEADS

SHE

LL

REINF

ORCING

PAD

TH

RE

AD

ED

COUPLINGS

AN

CH

OR

BOLTS

1213 11

BOLTS

NUTS

STIFF

ENER

RING

STR

UCTURE

PLA

TFOR

MS

AND

STAIRS

GASK

ETS

16

INTER

NAL FINISH

EXT

ERNA

L FINISH18

WE

LDING

SA

-283 Gr C

SA

-105

SA

-193 B7

SA

-194-2H

NE

OP

RENO

NO

PR

IMA

RIO

AN

TICORROSIVO

E-7018 / S

A-5.17-EM

13K/F70-EM13K

SA

-283 Gr C

SA

-283 Gr C

SA-36

DR

EN

MAN

OMET

RO3/4

G3000

SA

-105

VALVU

LA D

E SEGU

RIDAD3/4

H3000

SA

-105

C.R

.M

A.G

.M.R

RA

ZON

SO

CIA

L S.A DE C

.V

CLIEN

TE :

DIB

UJO:

REV

ISO:

DIS

EÑO:

APR

OBO:

FLU

ID

VO

LUME

OPE

RATING

TEM

PERATURE

HYD

ROST

ATIC

TEST

JOINT E

FFIC

IENCY

101213H

EADS T

YPE

ALLO

WA

BLE

CORROSION

STR

ESS RE

LIEVE

DE

SIG

N CODE

INS

ULATION

DES

IGN PR

ESSU

RE

1151618N

AT

ION

AL BOARD NO.

(Draw

ing by)

(Review by)

(Design by)

AC

.R.M

.P

/REV

ISIO

N Y/O APRO

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15/OC

T/08

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MAX

. ALLOW

, EXT. W

ORK

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EGIS

TRO DE

HOM

BRE6

SORF

150S

A-105

SA

-106-B

4B

6S

ORFS

A-36S

A-106-B

ALIM

ENT

ACION

150

3/4C

3000S

A-105

TER

MO

ME

TRO

3/4D

2

3/4F

3000S

A-105

NIV

EL

GAS

NAT

URAL

600 Ft

312°F

170 PSI

100% S

HE

LL/85 % HEADS

ELIPS

PIDALE

S REL 2:1

0.0625 Plg

NO

NE

ASM

E, SEC

. VIII DIV

1, EDIT

ION 2007

NO

NE

NO

NE

197.23 PSI SHELL

17.92 PSI

³

130 PSI

/222.8 PSI HE

DS



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78

GLOSARIO

Abrasión: La separación del material de la superficie en cualquier sólido mediante la fricción

de otro sólido, un sólido o un gas o una combinación de estos.

Aleación: Sustancia con propiedades metálicas formada por dos o más elementos; con

pocas excepciones, los componentes son generalmente elementos metálicos.

Casco: Elemento estructural hecho para circundar un espacio. La mayoría de los cascos

son generados por la revolución de una curva plana.

Cople: Manguito o casquillo que se utiliza para unir dos tubos.

Corrosión: Erosión química causada por agentes con o sin movimiento. Es la destrucción

gradual de un metal o aleación debido a procesos químicos como la oxidación o a la acción

de un agente químico.

Elástico: Capaz de sostener esfuerzo sin deformación permanente; el término se usa

también para designar conformidad con la ley de proporcionalidad de esfuerzo-deformación.

Escoria: Producto que se forma por la acción de un fundente sobre los elementos

constitutivos de un mineral procesado, o sobre los elementos constitutivos elementos

oxidados que son indeseables.

Factor de seguridad: La relación de la carga que ocasionaría la falla de un miembro o

estructura a la carga que se le impone en servicio.

Fatiga: Tendencia de los materiales a fracturarse cuando se someten a muchas repeticiones

de un esfuerzo considerablemente menor que la resistencia estática a la ruptura.



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79

Isotrópico: Que tiene las mismas propiedades de resistencia y elasticidad en todas la

direcciones.

Oxidación: Desprendimiento de escamas de los metales, es el fenómeno que ocurre a altas

temperaturas y cuando hay entrada de aire.

Presión absoluta: La presión media desde el cero absoluto de presión que, teóricamente se

obtiene en vacío o al cero absoluto de temperatura, para distinguirla de la presión

manométrica.

Presión de diseño: La presión que se usa para determinar el espesor mínimo permitido o

las características físicas de las diferentes partes del depósito.

Presión de operación: La presión a la que esta sometido normalmente un depósito y que

se localiza en su parte superior, no debe exceder de la presión máxima de trabajo permitida.

Presión manométrica: La cantidad por la cual es mayor la presión absoluta que la presión

atmosférica.

Prueba: Ensayo que sirve para comprobar que el recipiente es adecuado para la presión de

diseño.

Prueba hidrostática: El recipiente terminado una vez lleno con agua, debe someterse a una

presión de prueba igual a 1 ½ veces la presión máxima de trabajo permitida, la cual debe

marcarse en el recipiente, o a 1 ½ veces la presión de diseño, según acuerde el usuario y el

fabricante.

Prueba neumática: El recipiente terminado puede probarse con aire comprimido una vez de

aplicarle la prueba hidrostática cuando no puede llenarse con agua bajo condiciones de

seguridad o cuando no sean tolerables las trazas que pudieran quedar del líquido de prueba.



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80

La prueba a presión neumática debe hacerse a 1 ¼ veces la presión máxima de operación

permitida.

Radiografiado: El proceso de pasar radiaciones electrónicas a través de una objeto y

obtener un registro de su estado interno sobre una película sensibilizada.

Resistencia a la tensión: Esfuerzo máximo que puede soportar un material sometido a

carga de estiramiento sin que falle.

Soldadura: Unión localizada del metal producida por fusión con o sin uso de metal de aporte

y con o sin aplicación de presión.

Temperatura de diseño: La temperatura media del metal (a través del espesor) que se

espera bajo las condiciones de trabajo para la parte bajo consideración.

Válvula de alivio para presión: Una válvula que hace bajar la presión al rebasar un límite

especificado y vuelve a cerrarse al volver a lo norma las condiciones de operación.

Válvula de compuerta: Válvula que tiene una compuerta, a menudo en forma de cuña, que

deja pasar un fluido al ser levantada de su asiento.



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81

CONCLUSIÓN.

El uso de recipientes a presión permite el seguro almacenaje y operación de fluido.

Para lograr desarrollar un recipiente que garantice lo anterior debe estar regulado por

los códigos y normas ASME.

Al termino de este proyecto se ah generado una memoria de calculo que respalda todo

el diseño que se ah elaborado, lo cual permite ofrecer la calidad necesaria para

desempeñar las funciones que exigen las actividades que el consumidor requiere

Un aspecto importante que se ah considerado es el obtener la mayor eficiencia

posible al menor costo, lo anterior se cumplirá sin descuidar las medidas de

seguridad pertinentes.



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82

BIBLIOGRAFÍA

Manual de Recipientes a Presión

Diseño y Cálculo

Autor. Eugene F. Megyesy

Editorial Limusa

Primera edición 1989

Código A.S.M.E. Sección VIII División 1

Procesos de Manufactura Versión SI

B. H. Amstead

Myron l. Begeman

Editorial CECSA

Primera Edición

Manual de especificaciones

Altos hornos de mexico.

Pressure Vessel Desing Manual

Deniss Moss

Editorial GPP

THIRD EDITION

tesis final calculo de recipientes a presion

Documents

soldadura interior

diseo de silletas

eficiencia de soldadura

v soldadura soldaduras

recipiente diseado

analisis de silletas

revision de esfuerzos

iii analisis de esfuerzos